乘用车横梁及转向系统模态分析规范
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Q/JLY J711 -2009
乘用车IP横梁及转向系统模态CAE分析规范
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批准：
浙江吉利汽车研究院有限公司
二〇〇九年九月
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前言
为了给新车型开发提供设计依据，指导新车设计，评估新车IP横梁及转向系统的振动特性，结合本企业实际情况，制定本规范。
本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司提出。
本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司工程分析部CAE科负责起草。
本规范主要起草人：袁连太。
本规范于2009年9月10日发布并实施。
1 范围
本规范规定了IP横梁及转向系统模态CAE分析的软硬件设施、输入条件、输出物、分析方法、分析数据处理及分析报告。
本标准适用于乘用车IP横梁及转向系统模态CAE分析。
2 软硬件设施
乘用车IP横梁及转向系统模态CAE分析，主要包括以下设施：
a)软件设施：主要用于求解的软件，采用MSC/NASTRAN；
b)硬件设施：高性能计算机。
3 输入条件
3.1 IP横梁、转向系统、方向盘3D几何模型
乘用车IP横梁及转向系统模态CAE分析的IP横梁、转向系统、方向盘3D几何模型，数据要求如下：
a)IP横梁、转向系统、方向盘各个零件的厚度或厚度线；
b)IP横梁、转向系统几何焊点数据；
c)CAD数据中无明显的穿透或干涉；
d)IP横梁、转向系统、方向盘各个零件的明细表。
3.2 IP横梁有限元模型
乘用车IP横梁及转向系统模态CAE分析的输入条件主要指IP横梁、转向系统、方向盘的有限元模型，一个完整的IP横梁及转向系统模态CAE分析的有限元模型包含如下内容：
a)IP横梁、转向系统、方向盘各个零件的网格数据；
b)IP横梁、转向系统的焊点数据；
c)各个零件的材料数据；
d)各个零件的厚度数据。
3.3 关键零部件的质量信息
a)方向盘安全气囊质量、安装点、质心坐标；
b)DVD机质量、安装点、质心坐标。
4 输出物
乘用车IP横梁及转向系统模态CAE分析的输出物为PDF文档格式的分析报告，针对不同的车型统一命名为《车型IP横梁及转向系统模态CAE分析报告》（“车型”用具体车型代号替代如：车型为GC-1，则
分析报告命名为《GC-1IP横梁及转向系统模态CAE分析报告》），报告内容按7规定的内容编制。
5 分析方法
5.1 分析模型
分析模型包括IP横梁、转向系统和方向盘骨架的有限元模型。
a)IP横梁总成有限元模型主要采用壳单元建立模型，各连接位置网格节点相对应，以保证连接部
位焊点上下垂直；
b)转向系统有限元模型主要包括方向盘、转向轴、转向万向节、转向传动轴的有限元模型，其中
转向轴、转向传动轴采用梁单元建立模型，方向盘、转向万向节采用实体单元建立模型；其它转向器、转向拉杆可以不必考虑。
5.2 分析模型的建立
所建立的有限元模型，应符合下列要求：
a)IP横梁和转向系统各个零件的网格质量应符合求解器的要求；
b)IP横梁各个零件的厚度和材料，须与明细表规定的相对应；
c)对于线焊采用刚性单元（RBE2）单元模型，所连接部位网格节点须一一对应，以保证焊点垂直；
d)焊点几何坐标须与3D焊点坐标一致，焊点连接的层数须明确；
e)安全气囊、DVD由质量点来模拟，保证IP横梁及转向系统总成有限元模型的重心位置与实际状
态一致。所建立的IP及转向系统模态CAE分析的有限元模型，如图1所示；
f)对于转向万向节的转动采用RBE2单元模拟，在其轴心处建立局部坐标系，释放其轴向的转动自
由度即可。
图1 乘用车IP横梁及转向系统模态CAE分析模型示意图
5.3 模态分析
乘用车IP横梁及转向系统模态CAE分析，包括以下内容：
a)设置模态分析卡片，定义输出卡片应按照求解器要求进行定义；
b)定义输出结果的输出卡片，其结果类型包括位移和应变能；
c)定义模态分析求解频率范围，该频率范围一般在（0～100）Hz；
d)定义模态分析求解工况；
e)输出卡片，采用MSC.NASTRAN中SOL103求解IP横梁及转向系统模态。
5.4 分析工况
乘用车IP横梁及转向系统模态CAE分析主要指约束模态分析，其约束条件为：
a)约束IP横梁与车身连接处的所有自由度（dof=123456）；
b)约束转向万向节处除Y向转动以外的所有自由度（dof=12346）。
6 分析数据处理
乘用车IP横梁及转向系统模态CAE分析的数据处理主要是对模态参数和振型的识别，主要包括如下内容：
a)重点关注方向盘的前后振动态、方向盘的左右振动以及方向盘的转动；
b)重点关注方向盘的振动是否避开发动机的怠速频率。
7 分析报告
乘用车IP横梁及转向系统模态CAE分析报告统一为PDF格式的文档，其报告内容如下：
a)分析结论；
b)模型描述；
c)工况描述；
d)分析结果；
e)分析信息。
________________________
汽车轮毂加工工艺分析
汽车轮毂加工工艺分析 摘要：文章通过对商用车轮毂零件的机加工工艺及路线设计等内容的分析，详细讨论了汽车轮毂从毛坯到成品的机械加工工艺过程，并制定了相应的机械加工工艺规程，对轮毂的加工工艺进行了探讨与分析，以供各位参考。 关键词：汽车轮毂；零件；机加工工艺 近几年来，随着经济的发展，我国的商用车越来越得到更广泛的应用，轮毂作为汽车底盘的一个关键件，汽车在行驶过程中轮毂作旋转运动，内孔装有轴承起到了支撑车辆的作用。轮毂的材质、加工尺寸、形位公关的控制是车辆在使用中所要关注的问题。通过对轮毂的加工工艺进行分析，了解轮毂在尺寸控制方面的关键特性，对我们了解轮毂及使用上具有重要意义。 1零件分析 1.1零件的结构分析 汽车轮毂属盘套类零件（如图1所示），零件的外表面为阶梯带凹槽、加强筋，内表面为阶梯孔，这个属于典型的盘套类零件，同时又具有轴类零件的特征，是以轮毂及上下端为主要加工表面，且有较高的尺寸公差和形位公差要求。 1.2零件的生产纲领及零件的生产类型 在设计制造工艺路线时要考虑汽车轮毂是具有大批量生产的特点，所以要制定合格的工艺路线和合适的设备、刀具、量具、检具，来提高生产效率，降低生产成本，提高经济效益。 2工艺规程设计 2.1制定加工工艺路线 加工工序名称见表1。 本工艺路线的优点在于第3序，轮毂的内外轴承位、油封位、制动鼓安装止口位四者同轴度要求很高，技术要求为：↗0.05，本工艺路线，以工序集中的方式，将四者的形位公差要求在同一次装夹后，一次加工成型，有效减少多次定位引起形位公差误差。其余孔口倒角部份不在此工艺路线中列出。 2.2定位基准的选择 确定加工工艺路线后，选择基准是工艺规程设计中的重要工作，选择正确与合理的基准，可以保证加工质量的一致性，提升加工效率，减少对工人技能水平的依赖。选择合适的基准必须从零件的加工精度、特别是加工表面的相互位置精
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DHMA实验模态分析系统的概述 江苏东华测试技术有限公司推出的“DHMA实验模态分析系统”, 从激励信号、传感器、适调器、数据采集和分析软件到实验报告的生成,构成了完整的进行实验模态分析的硬件和软件条件。专业的技术培训,保证了用户可靠、准确、合理的使用本系统。 DHMA实验模态分析系统汇集了公司多年来硬件、软件研发经验，和广大用户对实验模态分析系统的改进意见，参考国内外实验模态分析领域专家学者的研究成果和指导意见，功能强大，特点鲜明：采用内嵌专业知识的软件模式，即使是非专业的用户也可以成功地进行模态实验；内嵌的工作流程保证符合质量标准的重复实验过程；强大的模态参数提取技术保证了高质量、不受操作者经验多寡的影响，即使对模态高度密集或阻尼很大的结构也游刃有余。 汽车白车身现场图片
汽车白车身一阶振型 针对不同实验对象的特点，本公司提供了三种具体的解决方案，满足了大多数用户的需求： 方案一：不测力法(环境激励)实验模态分析系统 不测力法实验模态分析（OMA）可用于对桥梁及大型建筑、运行状态的机械设备或不易实现人工激励的结构进行结构特性的动态实验。仅利用实测的时域响应数据，通过一定的系统建模和曲线拟合的方法识别结构的模态参数。桥梁及大型建筑、运行状态下的机械设备等不易实现人工激励的结构均可采用不测力法来进行实验模态分析。
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ANSYS中的模态分析与谐响应分析 作者：未知时间：2010-4-15 8:59:49 模态分析是分析结构的动力特性，与结构受什么样的荷载没有关系，只要给定了质量、弹性模量、泊松比等材料参数，并施加了边界约束就可以得到此状态下的各阶自振频率和振型（也称为模态）。 谐响应分析是分析结构在不同频率的简谐荷载作用下的动力响应，是与结构所受荷载相关的，只是结构所受荷载的都是简谐荷载，而且荷载频率的变化范围在谐响应分析时要给出来。 比如，在ANSYS谐响应分析中要给出这样的语句 FK,3,FX,7071,7071 ！指定点荷载的实部和虚部（或者幅值和相位角） HARFRQ,0,2.5, ！指定荷载频率的变化范围，也就是说只分析结构所受频率从0到2.5HZ之间的荷载 NSUBST,100, ！指定频率从0到2.5之间分100步进行计算 这样，结构所受的这个点荷载的表达式实际上是 F=(7071+i*7071)*exp(i*omiga*t) !式中omiga从0到2.5*2*3.1415926变化 分析得到结果是各点物理量随频率变化的，但物理量的值一般为复数，包括实部的虚部，这可以从后处理LIST结点值看出来。 个人认为进行谐响应分析并不一定要先进行模态分析（也叫振型分析、振型分解等），而直接进行谐响应分析后查看结构的物理量随频率变化曲线时也会看到在结构的自振频率处响应会放大（共振）。如果已经进行过模态分析的话，会发现谐响应分析时的共振频率和模态分析提到的自振频率是一致的。但有些时候模态分析中得到的有些频率在谐响应分析的频响曲线里可能很不明显。因此，只能说在谐响应分析前进行一下模态分析可以对结构的自振特性有个了解，以便验证谐响应分析结果是否合理。 另外，谐响应分析应该是频域分析方法的一个部分。对于相地震那样的时间过程线，直接进行时域分析（ANSYS里用暂态分析）可得到结构随时间的响应。而如果进行频域分析，就应该通过傅立叶变换把时域地震曲线变为由多个简谐荷载的叠加，然后再以此简谐荷载做为谐响应分析时的荷载进行谐响应分析，最后再对谐响应分析得到的结果进行傅立叶逆变换得到时域的结果。不知道这种理解是否正确，我也没有用ANSYS这样做过。如果正确的话，时域分析和频域分析的结果应该是一致的。 模态分析的应用及它的试验模态分析 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模
各种模态分析方法总结与比较
各种模态分析方法总结与比较 一、模态分析 模态分析是计算或试验分析固有频率、阻尼比和模态振型这些模态参数的过程。 模态分析的理论经典定义：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模记分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF
模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。 模态分析最终目标是在识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF 二、各模态分析方法的总结 （一）单自由度法 一般来说，一个系统的动态响应是它的若干阶模态振型的叠加。但是如果假定在给定的频带内只有一个模态是重要的，那么该模态的参数可以单独确定。以这个假定为根据的模态参数识别方法叫做单自由度(SDOF)法n1。在给定的频带范围内，结构的动态特性的时域表达表示近似为： ()[]}{}{T R R t r Q e t h r ψψλ= 2-1 而频域表示则近似为： ()[]}}{ {()[]2ωλωψψωLR UR j Q j h r t r r r -+-= 2-2 单自由度系统是一种很快速的方法，几乎不需要什么计算时间和计算机内存。 这种单自由度的假定只有当系统的各阶模态能够很好解耦时才是正确的。然而实际情况通常并不是这样的，所以就需要用包含若干模态的模型对测得的数据进行近似，同时识别这些参数的模态，就是所谓的多自由度(MDOF)法。 单自由度算法运算速度很快，几乎不需要什么计算和计
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HyperWorks在履带车辆传动箱模态分析中的应用 2009年10月22日 Altair 1 引言 系统的模态参数（模态频率、模态阻尼、振型）对系统的动态分析和优化设计具有实用价值。通常由试验模态分析和计算模态分析两种方法。但由于受实验条件和时间的限制，组织实施往往比较困难，而且在测量次数，测量数据的处理准确性方面也难以得到充分的保证,在设计阶段难以实现。基于虚拟样机技术的虚拟实验方法在履带车辆箱体类零部件模态参数测量方面在设计阶段就能为方案优化提供指导，缩短产品开发周期，节省费用。因此，开展在虚拟环境下测试箱体类零部件的模态参数研究与探讨并扩展其应用具有重要意义。本文以某型履带车辆传动箱设计为例，应用HyperMesh为前处理软件，对其进行了有限元网格的划分，进而对箱体的模态进行了分析。 2 箱体有限元模型的建立及模态分析 首先依据传动箱体的尺寸，建立箱体的三维实体模型。利用HyperMesh对传动箱体的实体模型进行有限元网格划分，箱体的材料为铝合金，其密度为 2.66e33kg/m3，泊松系数为0.31，杨氏模量为7.7e72N/m2，强度极限为176.4MPa。整个箱体共划分76151个4面体单元，22262个节点。在此过程中，还必须考虑到箱体有限元模型建立后与各传动轴之间的连接，即柔性体与刚体间的连接。传动箱各轴都是通过轴承与箱体连接的，笔者在有限元模型中应用多点约束（MPC，Multi-point Constraint）来模拟轴承的作用。所谓多点约束是将某节点的依赖自由度定义为其他若干节点独立自由度的函数。多点约束可以用于不相容单元间的载荷传递，表征一些特定的物理现象，比如刚性连接、铰接、滑动等。笔者在箱体有限元模型中各轴孔的中心点处建立一个虚拟杆单元，如图1所示。轴孔内表面各节点的自由度则依赖于对应的虚拟杆单元。各传动轴与箱体间的约束也是在对应的虚拟单元处建立，各传动轴上的作用力则通过相应的虚拟杆单元和多点约束作用于箱体之上。文中建立的包括轴承模型的传动箱箱体有限元模型如图2所示。
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模态分析意义模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息变化。模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。首先，将结构物在静止状态下进行人为激振，通过测量激振力与胯动响应并进行双通道快速傅里叶变换（FFT）分析，得到任意两点之间的机械导纳函数（传递函数）。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构物的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。近十多年来，由于计算机技术、
FFT 分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展，试验模态分析得到了很快的发展，受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。在各种各样的模态分析方法中，大致均可分为四个基本过程：（1）动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析1）激励方法。试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励，采集各点的振动响应信号及激振力信号，根据力及响应信号，用各种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同，相应识别方法也不同。目前主要由单输入单输出（SISO）、单输入多输出（SIMO）多输入多输出（MIMO）三种方法。以输入力的信号特征还可分为正弦慢扫描、正弦快扫描、稳态随机（包括白噪声、宽带噪声或伪随机）、瞬态激励（包括随机脉冲激励）等。2）数据采集。SISO 方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振形数据。SIMO 及MIMO 的方法则要求大量通道数据的高速并行采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本较高。3）时域或频域信号处理。例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。（2）建立结构数学模型根据已知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及识别参数依据。目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同，也分为频域建模和时
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第二章理论基础与模型建立 2.1 有限元技术及UG软件 2.1.1 有限元法基本原理 计算机辅助工程CAE(Computer Aid2ed Engineering) 指工程设计中的分析计算与分析仿真, 而有限元法FEM( FiniteElement Method) 是计算机辅助工程CAE中的一种, 另外CAE还包含了边界元法BEM(Boundary Element Method) 和有限差分法FDM( Finite Difference Method) 等。这几种方法各有其优缺点, 各有其应用领域,但有限元法的应用最广。 有限元法是求解数理方程的一种数值计算方法，是将弹性理论、计算数学和计算机软件有机结合在一起的一种数值分析技术，是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具。有限元是一种离散化的数值方法。离散后的单元与单元间只通过节点相联系, 所有力和位移都通过节点进行计算。对每个单元选取适当的插值函数,使得该函数在子域内部、子域分界面上(内部边界) 以及子域与外界分界面(外部边界) 上都满足一定的条件。然后把所有单元的方程组合起来, 就得到了整个结构的方程。求解该方程,就可以得到结构的近似解。离散化是有限元方法的基础。必须依据结构的实际情况,决定单元的类型、数目、形状、大小以及排列方式。这样做的目的是将结构分割成足够小的单元,使得简单位移模型能足够近似地表示精确解【13】。 因次它可以对各种类型的工程和产品的物理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化,以实现产品技术创新, 故已广泛应用于各种力学、电学、磁学及很多结合学科领域; 同时, 由于它能够处理耦合问题, 使得其有更大的应用前景。你可以从专业的角度理解有限元:包括变分原理、等效积分和加权余量法等, 也可以从直观的意义上理解有限元: 把连续体划分为足够小的单元, 这些单元通过节点和边连接起来,通过选择简单函数(比如线形函数) 来近似表达位移或应力的分布或变化, 从而得到整个连续体物理量的分布和变化【14】。 2.1.2 有限元法分析过程 所谓有限元法（FEA）基本思想是把连续的几何机构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。求解得到节点值后就可以通过设定
晶钻模态分析软件系列十标准模态分析(Standard Modal Analysis)
EDM-Modal 模态分析软件的标准模态分析是一套完整的分析流程，包括从FRF数据选择到模态参数识别，再到结果验证和振型动画。 模态实验完成后，所有的FRF数据可用来进行下一步的模态分析。用户也可以从外部导入需要的FRF数据，增加或替换某些FRF信号。编辑完成的FRF 数据列表可导出到本地成为一个已选择集合，也可以导入已选择的集合直接用于分析。这些操作集中在“模态数据选择”模块。所有的FRF数据都能在模块浏览，同时几何模型显示已选择信号的测点，信号窗口分单独显示和集中显示两种方式浏览信号。 单击“模态参数”健，模态辨识过程将被启动。模态指示函数（MIF），包括MMIF，CMIF, RMIF，虚部集总，以及Mag集总，有助于指示重根和高度偶合的根（模态）。 稳态图（Stability Diagram）是模态参数识别的一种迭代方法。在标准模态分析中，我们使用最小二乘复指数法（LSCE）识别出所有极点。在稳态图中可以选择稳定的物理极点（而不是计算极点），使用最小二乘频域法进行用于下一步的振型计算。 计算出的振型结果将被保存并用以进行振型的动画显示。模态置信准则
（MAC）和FRF综合都可用来验证模态参数的正确性。 ★EDM Modal 标准模态分析主要特征如下： ①易用的模态数据选择 ②采用反卷积使信号平滑（仅限OMA模态测试） ③模态指示函数：Multivariate MIF, Complex MIF, Real MIF, Image Sum 自定义需要进行参数辨识的频段 ④稳态图 ⑤提供曲线拟合算法LSCE ⑥模态形状计算的最小二乘频域(LSFD)算法 ⑦可编辑的模态振型表 ⑧模态振型动画自/互MAC计算和显示 ⑨拟合FRF与测量FRF对比输入/输出振型：UFF格式 ★EDM Modal模态支持的功能如下： ①几何模型的创建/编辑/导入/导出/动画。 ②工作变形分析(ODS) ③锤击法模态实验
模态理论
Tyler & Sofrin 模态分析理论 非定常来流与叶片干涉产生的声波在风扇或涡轮中并非是任意形态存在的。Goldstein 在假定平均流场有势的前提下，建立起了平均流场中任意一点的扰动量与远前方来流扰动量之间的相互关系，给出了下面的方程， ()()00002000111I D D Dt c Dt ?ρ?ρρρ??-??=? ???u （0-1） 由以上方程可知，在非均匀平均流的情况下，来流扰动不仅通过边界条件与声扰动相互作用，而且在传播过程中也会与声扰动耦合，并形成如（2-2）右边所示声源[68]。在航空发动机叶轮机内部，最重要的边界条件就是管道效应，由于管道边界的限制，声波在其中只能以特定的形态出现，也就是我们常说的模态。在均匀平均流中，考虑一个环形管道，硬壁条件，对小扰动有下面的对流波动方程[12]， 2222222110i M p p x x r r r r ωυ?????????+-+++= ? ?????????? （0-2） 波动方程描述的特征值问题是可解的，环形管道中我们可以将它的一般解展开为傅里叶-贝塞尔形式的模态 ()()()1,,m m ik x ik x im m m m m p x r A e B e U r e μμθμμμμθ+-∞∞---=-∞==+∑∑ （0-3） 这里径向模态和径向、轴向波数分别满足 () 2222 2210m m m m m m m m m U U U r r Mk k k μμμμμμμμααω±??'''++-= ?? ?=--= （0-4） 其中，径向特征模态()m U r μ以贝塞尔函数的形式出现，m 和μ分别表示周向和径向模态数。满足上述波动方程的声波解在环形或圆形管道中会以图2-4所示的螺旋波形式出现和传播。 Tyler 和Sofrin 是最早研究叶轮机内部叶片非定常气动力旋转模态特征的学者，他们的研究结果已经成为当代航空燃气涡轮发动机气动声学设计的主要理论基础之一。 Tyler 和Sofrin 的分析表明，非定常叶片气动力会产生不同于定常气动力所产生的高速旋转压力模态，其中某些非定常气动力模态会表现为以大于转子速度
模态分析基本内容简介
模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。 概述 振动模态是弹性结构固有的、整体的特性。通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内的各阶主要模态的特性，就可以预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下产生的实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。 机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动模态各不相同。模态分析提供了研究各类振动特性的一条有效途径。首先，将结构物在静止状态下进行人为激振，通过测量激振力与响应并进行双通道快速傅里叶变换（FFT）分析，得到任意两点之间的机械导纳函数（传递函数）。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构物的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。 近十多年来，由于计算机技术、FFT分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展，试验模态分析得到了很快的发展，受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。 用处
模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。 模态分析技术的应用可归结为以下几个方面： 1) 评价现有结构系统的动态特性； 2) 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计； 3) 诊断及预报结构系统的故障； 4) 控制结构的辐射噪声； 5) 识别结构系统的载荷。 最佳悬挂点 模态试验时，一般希望将悬挂点选择在振幅较小的位置，最佳悬挂点应该是某阶振型的节点。 最佳激励点 最佳激励点视待测试的振型而定，若单阶，则应选择最大振幅点，若多阶，则激励点处各阶的振幅都不小于某一值。如果是需要许多能量才能激励的结构，可以考虑多选择几个激励点。 最佳测试点 模态试验时测试点所得到的信息要求有尽可能高的信噪比，因此测试点不应该靠近节点。在最佳测试点位置其AD DOF(Average Driving DOF Displacement)值应该较大，一般可用EI(Effective Independance)法确定最佳测试点。 模态参数有那些 模态参数有：模态频率、模态振型、模态质量、模态向量、模态刚度和模态阻尼等。 主模态主空间主坐标 无阻尼系统的各阶模态称为主模态，各阶模态向量所张成的空间称为主空间，其相应的模态坐标称为主坐标。 模态截断
某汽车排气系统的有限元分析
Internal Combustion Engine & Parts 某汽车排气系统的有限元分析 王雷 (一汽-大众汽车有限公司佛山分公司，佛山528237 ) 摘要：首先建立排气系统的三维数模，然后根据需要进行网格划分，通过有限元的方法对某汽车排气系统进行流场和振动特性分 析，探索其尾气处理效率和在振动条件下的耐久性。 关键词：排气系统;有限元;流场；耐久性 0引言 汽车排气系统在尾气处理方面起到了不可代替的作 用，与发动机直接相连的岐管和催化器是排气系统中相对 独立的重要组成部分，也是本文的研究对象。排气系统的 流场均匀性直接影响到尾气的处理效率。另外排气系统受 到发动机激励的极大影响，其振动特性也直接影响耐久 性。本文利用有限元仿真，通过流场分析和模态分析，探索 其流场均匀性和振动耐久性。 1建立几何模型 首先通过测量，利用三维建模Catia软件，建立排气系 统的三维数模，如图1，包括排气歧管罩和支撑结构。 图1排气系统总成三维数模 2划分三维有限元网格 采用HyperMesh软件，进行有限元分析预处理，即对 壳体机构和流过的废气进行有限元网格划分。 只保留与尾气接触的壁面，进行二维网格划分，然后 自动生成流体网格模型。对催化器部分，忽略内部的载体 和垫层，只留取管壁，生成管壁三维网格数模，如图2。 图2流体与管壁有限元三维网格数模 3参数设定 3.1出入口边界 将废气看作理想气体，入口速度均匀分布，为10m/s，进气温度为860益，出口处压力为22MPa。 3.2管壁 管壁设为光滑、非渗透性，没有滑移，壁面散热系数为 11000W/s*m2，外界温度为25益。管壁材料弹性模量E= 2.1GPa，泊松比滋=0.3,材料密度p=7.85g/cm3。 作者简介：王雷（1986-),男，山东金乡人，研究生，毕业于重庆大学，研究方向为汽车振动。 3.3催化器载体 蜂窝载体是由许多大小相同的方形管道组成，管道的 直径远小于载体的直径，故可把载体设成多孔介质模型。二次阻力系数为650kg/m
ADAMS软件在汽车前悬架-转向系统运动学及动力学分析中的应用上课讲义
ADAMS软件在汽车前悬架－转向系统 运动学及动力学分析中的应用 尤瑞金 北京吉普汽车有限公司 摘要:本文介绍利用国际上著名的ADAMS软件对工程上多刚体系统进行运动学和动力学分析的 方法,并用这一方法模拟了某货车悬架-转向系统的运动学及动力学特性,研究开发了前、后处理专 用程序，使该软件适用于车辆系 统，并得出了许多具有工程意义的结果。 主题词：汽车总布置－计算机辅助设计县架转向系 一、前言 汽车悬架和转向的动学及动力学分析是汽车总布置设计、运动校核的重要内容之一， 也是研究平顺性、操纵稳定性等汽车性能的基础。由于汽车前悬架一转向系统是比较复杂的空间机构，特别是前独立悬架，一般多设计成主销内倾和后倾，并且控制臂轴也大多倾斜布置。这些就给运动学、动力学分析带来较大困难。过去多用简化条件下的图解法一般的分析计算法进行分析计算。所得的结果误差较大，并且费时费力。近年来，随着计算机技术和计算方法的不断提高，国外研制了IMP、ADAMS及DAMN等很多专用程序，用于车辆运动学及 动力学分析。 本文是在消化吸收引进的ADAMS软件过程中，结合汽车设计，解决运动学及动力学问题，从而提高设计质量。 二、ADAMS软件概述 ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，即机械系统动力学自动化分析软件包）是由美国机械动力公司开发的。由于该软件采用的比较先进的计算方法，大大地缩短了计算时间，其精确度也相当高，因上，被广泛应用于机械设计的各个领域。 1.ADAMS软件功能如下： 一般ADAMS分析功能如下: （1）可有效地分析三维机构的运动与力。例如可以利用ADAMS来模拟作用在轮胎上的垂直、转向、陀螺效应、牵引与制动、力与力矩；还可应用ADAMS进行整个车辆或悬架系统道路操纵性的研究。 （2）利用ADAMS可模拟大位移的系统。ADAMS很容易处理这种模型的非线性方程， 而且可进行线性近似。 （3）可分析运动学静定（对于非完整的束或速度约束一般情况的零自由度）系统。 （4）对于一个或多外自由度机构，ADAMS可完成某一时间上的静力学分析或某一时 间间隔内的静力学分析。
薄板低频区隔声性能与振动模态特性分析
龙源期刊网 https://www.docsj.com/doc/ce10852715.html, 薄板低频区隔声性能与振动模态特性分析 作者：帅仁忠赵艳菊林君山孙召进郭建强 来源：《硅谷》2012年第19期 摘要：重点研究矩形薄铝板在低频区振动模态下隔声性能与频率之间的关系，并揭示薄板在低频共振区隔声量下降的机理，分析指出声辐射效率对板隔声量的影响。采用仿真及实验的方法进行研究，并分析两者之间的差异，从而为薄板结构在工程中的低噪声设计提供参考。 关键词：隔声量；动模态；薄板；低频共振 不同频率下单层薄板的隔声量有差别，按照频率特性，隔声曲线分为三个区域：低频区、质量控制区和吻合效应区。低频区是由板的刚度控制区和一系列固有频率所引起的共振区组成，共振区的隔声量最低且起伏变化。共振频率由单层板材料、尺度和边界条件确定[1]。人 们对隔声材料的质量定律及吻合效应比较熟悉，而对低频共振区的隔声性能尚缺乏较深入的研究。本文重点研究分析低频区振动模态下薄铝板隔声性能与频率的关系。 1 隔声量概述 隔声性能是指声波在传播通过不同介质过程中，形成的能量损失。损失的能量越多，就是说中间介质隔声性能越好。衡量一个结构或某种材料的隔声能力的一个常用量是传递损失TL，亦称为结构的隔声量，其定义为[2，3]： TL=10lgWiWt=10lg1τ 式中：Wi为入射到待测试件上的声功率； Wt为透过试件的透射声功率； τ=WiWt为透射系数。 透射系数和隔声量是两个相反的概念，用隔声量来衡量构件的隔声性能比透射系数更直观、明确，便于隔声构件的比较。对于给定的固体构件，隔声量的大小与构件的结构、性质有关，也与声波的频率密切相关。同一隔声件对不同频率的声，隔声性能可能有很大的差异，固通常用1/3倍频程中心频率的隔声量来表示构件的隔声性能[4]。 2 低频隔声量与模态相关性 利用Abaqus对薄铝板进行模态有限元计算，利用VA one声学仿真软件对隔声量进行计算，并就模态与隔声量之间的关系进行分析。4mm厚、1300×1000mm薄铝板为计算对象，基本参数为：密度为2700Kg/m3，杨氏模量为70000MPa，泊松比为0.3，边界条件为四周固
有关模态分析的理解
模态分析的应用及它的试验模态分析 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模记分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。 模态分析最终目标是在识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。 模态分析技术的应用可归结为以下几个方面： 1) 评价现有结构系统的动态特性； 2) 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计； 3) 诊断及预报结构系统的故障； 4) 控制结构的辐射噪声； 5) 识别结构系统的载荷。 机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息变化。模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。首先，将结构物在静止状态下进行人为激振，通过测量激振力与胯动响应并进行双通道快速傅里叶变换（FFT）分析，得到任意两点之间的机械导纳函数（传递函数）。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构物的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。 近十多年来，由于计算机技术、FFT分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展，试验模态分析得到了很快的发展，受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。在各种各样的模态分析方法中，大致均可分为四个基本过程： （1）动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析 1）激励方法。试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励，采集各点的振动响应信号及激振力信号，根据力及响应信号，用各种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同，相应识别方法也不同。目前主要由单输入单输出（SISO）、单输入多输出（SIMO）多输入多输出（MIMO）三种方法。以输入力的信号特征还可分为正弦慢扫描、正弦快扫描、稳态随机（包括白噪声、宽带噪声或伪随机）、瞬态激励（包括随机脉冲激励）等。 2）数据采集。SISO方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振型数据。SIMO及MIMO的方法则要求大量通道数据的高速并行采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本较高。 3）时域或频域信号处理。例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。（2）建立结构数学模型根据已知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及识别参数依据。目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同，也分为频域建模和时域建模。根据阻尼特性及频率耦合程度分为实模态或复模态模型等。
非线性模态分析
摘要：接触分析和模态分析是结构分析的重要内容之一。利用ANSYS 的接触分析功能和APDL 语言的用户接口，将ANSYS 的模型数据输出到用户分析模块中完成非线性的接触模态分析，然后将计算结果读回，利用ANSYS 的后处理模块将计算结果显示出来，实现了ANSYS 平台上的接触模态分析，使ANSYS 能够更好地完成结构系统级的性能分析。 关键词：ANSYS，接触，模态 1 前言 机械系统的特点是由多个零件通过各种方式联接起来的一个系统。机械系统的性能分析除了零件的性能分析以外，零件之间的联接特性的分析也是一个重要方面。零件之间的联接性能分析，本质是一个接触问题的分析，是机械结构非线性分析的一种典型类型。 线性系统的模态分析技术是了解线性结构振动特性的一个重要手段，已经广泛应用在结构动力修改、优化设计、故障诊断、状态检测等诸多领域。近年来，以非线性动力学理论为基础的非线性模态分析逐渐成为非线性振动研究中的热点之一。其原因是机械工程中存在着大量的非线性问题，传统的线性模态分析技术无法得到准确的结果。解决机械系统中的非线性问题，首先要面对的就是如何处理结构间的非线性的接触问题。 非线性模态（NNMs）理论是线性模态理论的自然发展，最初是由美国加州大学伯克利分校的Rosenberg[1] 等人引入的，主要研究离散、无阻尼非线性系统的自由振动。1991年，Shaw 和Pierre[2] 引用动力系统理论中不变流形（invariant manifold）的概念来定义非线性模态，将非线性模态定义为系统相空间中二维不变流形上的运动。这一开创性的工作，将该领域的研究带入了一个新的发展阶段。Shaw 和Pierre 定义的非线性模态既可用于保守系统，也可用于非保守系统。在文献[3] 中他们指出，当系统存在内共振关系时，应将不变流形的维数提高到四维。1994 年，Nayfeh 针对内共振非线性系统提出了复不变流形方法[4]。陈予恕、吴志强[5,6]认为非线性模态为系统相空间中偶数维不变流形上的运动。他们将求解非线性动力系统的规范型（Normal Form）方法直接用于非线性模态的构造，得到的模态上的动力学方程（即模态振子）具有Normal Form 形式。 由于系统非线性因素的控制难度较大，利用实验手段研究非线性模态的文献并不多见。目前采用的方法中，大多是寻求非线性模态的近似解析解，因此离散系统的自由度一般不超过 3 个，否则，人工计算的难度过大。而对于连续系统而言，离散化后得到的模型往往具有很高的自由度。所以随着计算机技术的不断发展，借助于计算机的数值分析方法使分析高维系统成为可能，利用数值分析方法研究非线性模态越来越受到关注。文献[7] 介绍了一个基于不变流形方法计算非线性模态的计算机程序，其研究对象是利用有限元技术对一个平面结构离散化后得到的有限自由度系统，这意味着可以采用同样的方法处理更复杂的三维系统。文献[8] 基于多尺度方法借助计算机数值分析，研究了一个悬臂梁的有限元模型的非线性模态。[9] 2 非线性模态的分析流程 ANSYS 软件具有较好的接触建模、分析能力，线性模态的分析能力以及完善的基于APDL 语言的用户接口。我们在多年接触分析和非线性模态分析研究的基础上，开发了
转向系统设计
（4）改善驾驶员的“路感”。由于转向盘和转向轮之间无机械连接， 1.2齿轮齿条式转向器概述 1.2.1齿轮齿条式转向器结构与工作原理 齿轮齿条式转向器分两端输出式和中间（或单端）输出式两种。 图1-1 1.转向横拉杆 2.防尘套 3.球头座 4.转向齿条 5.转向器壳体 6.调整螺塞 7.压紧弹簧 8.锁紧螺母9.压块10.万向节11.转向齿轮轴12.向心球轴承13.滚针轴承 两端输出的齿轮齿条式转向器如图1-1所示，作为传动副主动件的转向齿轮轴11通过轴承12和13安装在转向器壳体5中，其上端通过花键与万向节叉10和转向轴连接。与转向齿轮啮合的转向齿条4水平布置，两端通过球头座3与转向横拉杆1相连。弹簧7通过压块9将齿条压靠在齿轮上，保证无间隙啮合。弹簧的预紧力可用调整螺塞6调整。当转动转向盘时，转向器齿轮11转动，使与之啮合的齿条4沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，从而实现汽车转向。 中间输出的齿轮齿条式转向器如图1-2所示，其结构与工作原理与两端输出的齿轮齿
条式转向器基本相同，不同之处在于它在转向齿条的中部用螺栓6与左右转向横拉杆7相连。在单端输出的齿轮齿条式转向器上，齿条的一端通过内外托架与转向横拉杆相连。 图1-2 1.万向节叉 2.转向齿轮轴 3.调整螺母 4.向心球轴承 5.滚针轴承 6.固定螺栓 7.转向横拉杆 8.转向器壳体 9.防尘套10.转向齿条11.调整螺塞12.锁紧螺母13.压紧弹簧14.压块 1.2.2齿轮齿条式转向器功能特点 (1)构造筒单,结构轻巧。由于齿轮箱小,齿条本身具有传动杆系的作用,因此,它不需耍循环球式转向器上所使用的拉杆(2)因齿轮和齿条直接啮合,操纵灵敏性非常高。(3)滑动和转动阻力小,转矩传递性能较好,因此,转向力非常轻。(4)转向机构总成完全封闭,可免于维护。 1.3液压助力转向器概述 兼用驾驶员体力和发动机(或电机)的动力为转向能源的转向系统，它是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。其中属于转向加力装置的部件是： 转向油泵5、转向油管4、转向油罐6以与位于整体式转向器10内部的转向控制阀与转向动力缸等。
汽车轮毂的结构与模具设计详解
本科学生毕业设计 汽车轮毂的结构与模具设计 院系名称：汽车与交通工程学院 专业班级：车辆工程 07-9班 学生姓名：顾立鹏 指导教师：王国田 职称：实验师 黑龙江工程学院
二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree The Structure of Automobile hub With Mold design Candidate：Gu Lipeng Specialty：Vehicle Engineering Class：07-9 Supervisor：Experimental division. Wang Guotian Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin
摘要 本文以汽车轮毂为研究对象，基于产品研究开发的一般流程，制定了产品结构设计、工艺方案设计、模具设计的技术路线。借助CAD等工具，对汽车轮毂结构设计与性能分析、并对模具造型、铸造工艺等进行了设计。 首先介绍了我国轮毂模具的现状、发展趋势及我国模具发展的新技术，其次围绕轿车轮毂模具进行设计，针对轮毂的结构特点，确定模具的型腔数目、分型面以及脱模机构。汽车轮毂的成型工艺方法较多，以挤压铸造生产轮毂的工艺方法现今多处于研究阶段。本文根据挤压铸造的工艺特点，对汽车轮毂挤压铸造模具设计进行了分析总结，并对模具型腔进行了结构设计，查阅模具设计手册，完成模具的总体设计。同时充分利用计算机绘图软件对零件进行设计, 利用Pro/E对零件进行三维造型, 并实现零件的三维装配和模具设计。通过本次设计，对模具整个设计过程有了较好的了解。 关键词：模具；镁合金；汽车轮毂；挤压铸造；模具设计；低压铸造
模态分析软件操作
模态分析软件操作说 明及实例 东方振动和噪声技术研究所 1999.3.16 目录 一模态分析的步骤 (2) 1.确定分析的方法 (2) 2.测点的选取、传感器的布置 (2) 3.仪器连接 (3) 4.示波 (3) 5.输入标定值 (3) 6.采样 (4) 7.传递函数分析 (4) 8.进行模态分析 (4) 二模态分析实例 (5)
例一自由梁的模态分析实例 (5) 例二楼房的模态分析实例 (15) 模态分析是一种参数识别的方法，因为模态分析法是在承认实际结构可以运用所谓“模态模型”来描述其动态响应的条件下，通过实验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”。 模态分析的关键在于得到振动系统的特征向量（或称特征振型、模态振型）。试验模态分析便是通过试验采集系统的输入输出信号，经过参数识别获得模态参数。具体做法是：首先将结构物在静止状态下进行人为激振（或者环境激励），通过测量激振力与振动响应，找出激励点与各测点之间的“传递函数”，建立传递函数矩阵，用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。 东方所研制的模态分析系统，自推出以来参与了许多重大的科研项目如大型航空航天设备（长征火箭、通信卫星、大型雷达、火箭发射平台等）、大桥（火箭激振钱塘江大桥、锤击法激振乌海黄河铁路大桥属国内首次）、大楼、大坝、、机车（汽车）车辆和大型港口机械等，分析精度高、操作简便，尤其是变时基模态分析及高速模态三视图动画技术更是在国内外处于领先地步。 一、模态分析的步骤 1. 确定分析的方法 DASP中提供的模态分析方法有多输入单输出法、单输入多输出法和多输入多输出方法。一般采用较多的是多输入单输出或单输入多输出方法，在这两种方法中选取时，视哪一种方法简便而定，如激励装置大、不好移动但传感器移动方便就选取单输入多输出方法（即单点激励、多点移步拾振）；如传感器移动不方便但激励装置小、容易移动就选取多输入单输出方法（即单点拾振、多点移步激励）。 有时结构因为过于巨大和笨重，以至于采用单点激振时不能提供足够的能量，将我们所感兴趣的模态都激励出来；其次，结构在同一频率时可能有多个模态，这样单点激振就不能把它们分离出来，这时就要采取两个甚至多个激励来激发结构的振动，即采取多输入多输出方法。 在DASP中进行模态分析时，由于采用了高弹性聚能力锤和先进的变时基传递函数分析技术，对于象大型铁路桥、火箭发射平台这样的大型结构用力锤敲击就能分析出结构的模态；对于大型的混凝土结构（如大楼）可以以天然脉动作为激励信号进行模态分析。所以在大多数情况下，采取单输入多输出或多输入单输出方法就可完全满足工程需要。 2. 测点的选取、传感器的布置 选择好分析方法后，就要根据结构的特点和试验目的确定测点的数目和布置，以及传感器的安装方法等。